Interested Article - Коллигативные свойства растворов

Коллигативные свойства растворов — это свойства растворов, обусловленные только самопроизвольным движением молекул, то есть они определяются не химическим составом, а числом кинетических единиц — молекул в единице объёма или массы . К таким коллигативным свойствам относятся:

Понижение упругости растворителя над раствором,
Повышение температуры кипения растворов (в сравнении с чистыми растворителями),
Понижение температуры замерзания растворов (в сравнении с чистыми растворителями),
Возникновение осмотического давления .

Законы Рауля

Первый закон Рауля

Пар , находящийся в равновесии с жидкостью, называют насыщенным. Давление такого пара над чистым растворителем (p ₀ ) называют давлением или упругостью насыщенного пара чистого растворителя .

В 1886 ( 1887 ) году Ф. М. Рауль сформулировал закон:

Давление насыщенного пара раствора, содержащего нелетучее растворенное вещество, прямо пропорционально мольной доле растворителя в данном растворе:

p = p ₀ · χ _р-ль , где

p — давление пара над раствором, Па;

p ₀ — давление пара над чистым растворителем;

χ _р-ль —— мольная доля растворителя .

Для растворов электролитов используют несколько другую форму уравнения, позволяющую добавить в неё изотонический коэффициент :

Δp = i · p ₀ · χ _в-ва , где

Δp — собственно изменение давления по сравнению с чистым растворителем;

χ _в-ва — мольная доля вещества в растворе.

Второй закон Рауля

Также Рауль экспериментально доказал, что

относительное понижение давления насыщенного пара растворителя (p ⁰ ) над раствором (p) нелетучего неэлектролита пропорционально мольной доле (X) растворённого вещества:

p ⁰ – p/p ⁰ = X (в-ва)

Следствия закона Рауля:

Любая жидкость закипает, когда давление пара становится равным атмосферному давлению.

Замерзает раствор, когда давление водяного пара над раствором становится равным давлению пара над твёрдым растворителем — льдом.

Растворы кипят при более высоких температурах

ΔT _кип. = T _{кип.(р-ра)} – T _{кип.(р-ля)} ,

а замерзают при более низких,

ΔT _зам. = T _{зам.(р-ра)} – T _{зам.(р-ля).}

Понижение T _зам. и повышение T _кип. растворов пропорционально моляльности раствора:

ΔT _зам. = K _кр. × m _c ,

ΔT _кип. = K _эб. × m _c ,

K _кр. — криоскопическая постоянная,

K _эб. — эбулиоскопическая постоянная,

m _c. — моляльность раствора (моль/кг).

Для H ₂ O:

К _кр. = 1,86 кг × град/моль,

К _эб. = 0,52 кг × град/моль.

Осмотическое давление

Осмотическое давление — это минимальное гидростатическое давление, которое надо приложить к раствору, чтобы предотвратить осмос .

Рассмотрим ситуацию, при которой частично проницаемая мембрана (то есть, такая, через которую могут проходить лишь мелкие объекты, например, молекулы растворителя, но не крупные — например, молекулы растворённого вещества) разделяет чистый растворитель и раствор (или два раствора с разными концентрациями). Тогда молекулы растворителя находятся практически в равных физических условиях по обе стороны мембраны, однако в более насыщенном растворе некоего вещества их концентрация, разумеется, меньше, чем в более разбавленном (в котором меньше места в растворе занимают молекулы растворённого вещества). Следовательно, со стороны менее насыщенного раствора через мембрану диффундирует большее число молекул, чем с противоположной стороны. А это значит, что растворитель попросту переходит из менее насыщенного раствора в более насыщенный, разбавляя его (выравнивая концентрации обоих растворов) и создавая давление на мембрану.

В медицинской практике применяются изотонические растворы . Это растворы, осмотическое давление которых равно π ( плазмы ) (0,9% NaCl — физраствор, 5% раствор глюкозы ).

Определить осмотическое давление раствора можно по формуле, полученной в 1886 году Я. Х. Вант-Гоффом :

π = i · C _Mв-ва · R · T , [ кПа ] где

i — изотонический коэффициент ;

C _Mв-ва — молярная концентрация раствора, выражаемая в моль/л;

R — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль · К);

T — температура (К).